Comparaison des deux approches

Hypoth`ese de Markov et effets d’environnement

Il existe donc deux approches possibles pour envisager la construction d’arbres de fusion traitant de l’´evolution et de la structuration des halos de mati`ere noire. Le premier formalisme, enti`erement analytique dit de Press & Schechter ´etendu (Bond et al., 1991; Bower, 1991) permet la construction d’arbres de fusion via un algorithme Mont´e-Carlo de type Markov. Ce dernier distribue la masse du halo aux travers d’un certain nombre de prog´eniteurs tout en respectant une fonction de distribution de la masse de ces derniers. Comme annonc´e pr´ec´edemment, l’hy-poth`ese de construction s’appuyant sur un processus de Markov, la distribution en masse des prog´eniteurs d’un halo ne d´epend que de sa masse et de son ´epoque. Ainsi, ce type d’algorithme ne prend pas en compte les effets d’environnement. Il est aujourd’hui av´er´e que ces effets jouent un rˆole important (Sheth & Tormen, 2004; Wechsler et al., 2006). De part leur aspect plus global, les simulations de type N-corps contiennent cette information d’environnement. Les arbres de fusion ex-traits de ces derni`eres int`egrent donc par construction ces effets complexes comme ceux aboutissant `a l’´emergence de sous-structures au sein d’un halo principal. Les prog´eniteurs d’un halo sont-ils tous des halos ?

De part sa construction purement analytique, la m´ethode de Press & Schechter ´etendue permet de distribuer la masse d’un halo entre diff´erents prog´eniteurs dont la masse peut ˆetre arbitrairement faible. Les processus de croissance d’un halo sont enti`erement li´es `a la coalescence de structure de masse aussi petite soit-elle. Sur ce mˆeme point, des ´etudes, men´ees aux travers de simulations N-corps, d´emontrent qu’une fraction non n´egligeable de la masse constituant un halo (≃ 40%) serait issue d’un processus d’accr´etion diffus et ne serait donc pas issue d’une pr´e-structuration en halo (Genel et al., 2010). Contrairement au mod`ele analytique, la r´esolution en masse d’une simulation num´erique est limit´ee de part la masse ´el´ementaire at-tribu´ee aux particules, mais ´egalement de part masse minimale fix´ee pour une structure. Ces limites en r´esolution compliquent les mesures d’accr´etion diffuse. Si l’accr´etion d’une seule particule peut ˆetre d´efinie comme accr´etion diffuse dans une simulation, sa masse de quelques 107−8M⊙ pourrait en faire, en fait, un halo non r´esolu. Malgr´e cela les travaux actuels, bas´es sur des simulations de plus en plus pr´ecises, semblent tous converger vers une contribution importante d’une accr´etion non structur´ee. Ceci pourrait expliquer en partie le d´esaccord entre les arbres de

fusion analytiques et ceux extraits des simulations concernant la masse int´egr´ee des prog´eniteurs. Les arbres analytiques ne consid´erant pas, dans les versions les plus simples, une fraction d’accr´etion diffuse, la masse somm´ee sur l’ensemble des prog´eniteurs est donc sup´erieure `a celle constat´ee dans les arbres extraits des simu-lations N-corps. Ce d´esaccord peut ˆetre significativement r´eduit en incluant, comme il est mentionn´e pr´ec´edemment, une part d’accr´etion diffuse (e.g. Somerville & Ko-latt, 1999; Neistein & Dekel, 2008a).

Cette fraction d’accr´etion diffuse, participant `a la croissance des structures de mati`ere noire, peut aussi expliquer les diff´erences dans les mesures de taux de fusion (nombre de fusions par unit´e de temps et de volume) et de taux d’accr´etion (masse accr´et´ee par unit´e de temps) issues des deux approches (e.g. Lacey & Cole, 1994; Neistein et al., 2006; Neistein & Dekel, 2008b).

En r´esum´e

La m´ethode historique de Press & Schechter (1974), ´etendue par la suite (Bond et al., 1991; Bower, 1991), permet une construction analytique d’arbre de fusion. Les algorithmes bas´es sur cette m´ethode, peuvent g´en´erer rapidement et relativement facilement des historiques de structures. La rapidit´e de production permet alors de tester un grand nombre de param`etres li´es, entre autre, `a la cosmologie. A l’inverse, le temps de production d’une simulation N-corps de taille cosmologique est long (de l’ordre de quelques mois). La simulation ne peut pas ˆetre ais´ement r´eit´er´ee (pour changer la cosmologie par exemple). La construction des arbres de fusion issus de ces simulations est soumise `a un certain nombre de r`egles, de d´efinitions concer-nant les halos de mati`ere noire. De plus, les diff´erents algorithmes d´evelopp´es pour leur construction peuvent entraˆıner quelques diff´erences. Malgr´e cela, les simula-tions num´eriques pr´esentent l’avantage de prendre en compte, par construction, les effets non-lin´eaires de la formation des structures, effets principalement li´es `a l’environnement au sein duquel le halo ´evolue. Le fort d´eveloppement des moyens de calcul tendent `a faire pencher la balance vers la construction d’arbres de mati`ere noire issus de simulations num´eriques N-corps (e.g. Tweed et al., 2009) mˆeme si les diff´erents travaux de param´etrisation des algorithmes Mont´e-Carlo (e.g. Somerville & Kolatt, 1999; Neistein & Dekel, 2008a; Zhang et al., 2008) ont permis de r´eduire significativement les d´esaccords entre les deux m´ethodes. Comme nous le verrons tout au long de cette th`ese, les mod`eles actuels de formation des galaxies ´echouent `a reproduire le comportement des structures les moins massives. Ces probl`emes peuvent ˆetre li´es `a une incompr´ehension des processus agissant `a ces ´echelles, mais

ils peuvent ´egalement provenir d’effets de r´esolution en masse des simulations qui se propagent `a la mod´elisation des processus baryoniques lors de leur initialisation dans les premi`eres structures d´etect´ees, qui sont aussi les moins massives.

Vers une analyse approfondie des arbres